宇宙に浮かぶ「巨大な筒」に住む未来。

編集・制作：未知なる宇宙科学 ARCHIVES 編集部

宇宙に浮かぶ巨大な円筒型居住施設「スペースコロニー」の構造と可能性

頭上に広がる「もう一つの大地」という視覚体験

空を見上げたとき、そこに青空ではなく反対側の大地が広がっていたとしたら、どのような光景になるでしょうか。

緑の森が頭上にあり、銀色に光る川が天頂を横切り、遠くの街並みがゆるやかに「のぼって」いく。地平線は前方で途切れず、くるりと上へ巻き上がっていく。これは空想ではなく、物理学が許容する「人類の居住空間」として真剣に検討されてきた構想の姿です。

宇宙空間に浮かぶ全長数十キロの巨大な円筒。その内壁を大地として、何百万もの人々が暮らす——今回は、SFが長年描いてきたスペースコロニーの基本構造と、その背後にある物理的根拠を解説します。

オニール・シリンダー：物理学者が設計した人工居住世界の起源

スペースコロニーという概念は、空想から生まれたものではありません。厳密な物理計算を出発点として生まれた工学的構想です。

1969年の問いから始まった設計検討

1969年、アメリカの物理学者ジェラード・K・オニールはプリンストン大学の学生たちに一つの問いを投げかけました。「惑星の表面は、本当に拡大する技術文明にとって最良の居住地なのか」というものです。

地球の重力に縛られ、薄い大気の底で暮らす私たち。しかし宇宙という三次元空間から見れば、惑星の表面は住める場所が二次元に限定された、かなり制約の多い環境です。オニールは学生たちと計算を重ね、一つの方向性に達しました。惑星に依存せず、巨大な人工構造物そのものを居住空間として建造できるという結論です。

1976年に公開された具体的な設計案

1976年、オニールは著書『The High Frontier（高い辺境）』でその設計を公表しました。後にオニール・シリンダーと呼ばれるこの案の概要は以下のとおりです。

• 全長 約32km、直径 約6.4km の円筒を2本、対にして配置する
• 円筒を回転させ、その遠心力で人工重力を生み出す
• 内壁を「大地」として、土壌・川・森・都市を整備する
• 円筒の側面に巨大な窓を設け、外部の鏡で太陽光を取り込む

NASAも1970年代にこの研究を支援し、現実的な工学検討が行われました。つまりこれは思いつきの域を超え、設計図を引ける段階まで詰められたアイデアとして当時から位置づけられていました。

回転がつくる人工重力：なぜ円筒の内側に立てるのか

宇宙空間には重力がない中で、なぜ人は円筒の内壁に立って暮らせるのか。鍵は回転がつくり出す遠心力にあります。

遠心力を「重力」として利用する原理

水を入れたバケツを腕で勢いよく振り回しても、水がこぼれないことはよく知られています。バケツの底が水を外側へ押し続けるからです。オニール・シリンダーはこれと同じ原理を巨大なスケールで再現します。

円筒が回転すると、内壁にいる人や物は外側、すなわち筒の壁に向かって押しつけられます。この壁が「床」となり、回転の中心軸が「上」の方向になります。その結果、ぐるりと一周した反対側の大地が頭上に広がって見えるという、地球の感覚とは大きく異なる視覚体験が生まれます。

直径6.4kmで1Gを得るのに必要な回転速度

地球と同等の重力（1G）を再現するために必要な回転速度は、「半径 × 回転速度の二乗」という式で決まります。

直径6.4km（半径3.2km）のオニール・シリンダーの場合、およそ40秒に1回転——1分間に約1.5回転という、比較的ゆっくりした速度で1Gが得られます。これは居住性の面で重要なポイントです。回転が速すぎると、頭を動かしたときに三半規管が混乱してめまいを引き起こすことが問題になります。そのため、コロニーは「大きくゆっくり回す」ほど快適になり、巨大さは居住性を確保するための必然的な条件でもあります。

円筒内部で生じる特有の物理現象

この環境では、地球上の日常感覚とは異なる現象がいくつか生じます。

• 高い塔に登るほど、体が軽くなります。 中心軸に近づくほど遠心力が弱まるためです。中心軸まで行けば、完全な無重力状態になります。
• 物を投げると軌道が曲がります。 回転による「コリオリの力」が働き、まっすぐ投げたはずのボールが横にそれていきます。
• 頭上の景色がゆっくり動きます。 反対側の「空（＝内壁の大地）」が、回転に合わせて流れていくように見えます。

この世界では「上」とは中心軸のことであり、空の代わりにあるのは自分たちの居住空間の裏側の景色です。

構想の現状：再び注目を集めている技術的背景と残された課題

長らく理論上の検討にとどまっていたこの構想は、近年になって再び実現可能性を考える文脈で語られるようになっています。

輸送コストの低下と宇宙資源利用の可能性

スペースコロニー建造における最大の障壁の一つは、膨大な量の資材をどう宇宙へ運ぶかという輸送コストの問題でした。近年、再使用可能な大型ロケットの開発が進んでおり、たとえばSpaceX社のスターシップは一度に100トン超の貨物を軌道へ運ぶことを目標としており、輸送コストの大幅な低下が見込まれています。

また、地球から資材を運ぶのではなく、月や小惑星の資源を現地で調達するアプローチも研究されています。月の砂（レゴリス）から金属やガラスを取り出し、宇宙で直接建造するという**宇宙資源利用（ISRU: In-Situ Resource Utilization）**の構想は、巨大構造物を実現するうえでの現実的な方向性の一つとされています。

現時点で未解決の主な課題

一方で、実現に向けた課題も多く積み残されています。

• 宇宙放射線への対処：地球の磁場と大気によって守られていない宇宙空間では、有害な放射線が問題になります。数メートル厚の遮蔽材や水の層を用いて人々を保護する設計が必要とされています。
• 閉鎖生態系の長期安定性：土壌の微生物から大気の循環まで含む完全な生態系を、閉じた円筒の内部で何十年も安定して維持できるかは、まだ誰も確かめたことがありません。地球の生物圏を小規模に再現する試みは、現時点で人類未踏の領域です。
• 長期回転構造の金属疲労：数十kmの構造体を何百年も回転させ続けたときの材料的な耐久性についても、実証データは存在しません。

まとめると、オニール・シリンダーは物理学的には可能と考えられているものの、工学的にも生物学的にも未検証の課題が多く残っているという段階にあります。

この構想が示す視点：居住の選択肢と地球理解

なぜ、これほど大規模な人工居住施設を宇宙に造ることを考えるのでしょうか。根底にある動機の一つは、人類の居住可能な場所を地球だけに依存しないという選択肢を持つことです。

惑星のような深い重力の井戸を持たないコロニーは、宇宙空間との往来にかかるエネルギーが小さく、宇宙活動の拠点にもなりえます。また、回転で重力を、鏡で太陽光を、循環で空気をそれぞれ設計するという発想は、私たちが現在暮らしている地球が、それらすべてを自然に提供している精巧な環境であることを、あらためて認識させてくれます。

人工的な居住世界を設計しようとする試みは、同時に、地球という天然の居住空間の仕組みを深く理解しようとする問いと向き合う作業でもあります。

現時点でわかっていること・まだわかっていないこと

スペースコロニーの物理的原理——遠心力による人工重力の生成——は、現在の物理学の範囲内で成立します。大まかな設計の方向性も1970年代に示されており、NASAの研究資料として残っています。

一方で、閉鎖生態系の長期安定性、放射線遮蔽の実用的な解、宇宙での大規模構造物の建造技術、資材調達コストの実現性など、実現に向けた工学的・生物学的な問いの大半は、現時点では未解決です。

スペースコロニーはいまなお、理論的に構想可能な段階にあり、実現可能であるとはまだ示されていないという位置づけにあります。それがこの分野の正直な現状です。構想の規模とその困難さの両方を念頭に置きつつ、今後の宇宙開発の進展を見ていくことが、この問いへの適切な向き合い方だといえるでしょう。